[发明专利]一种去除真空熔炼铜铬合金夹杂物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空熔炼除杂工艺，特别是涉及一种去除真空熔炼铜铬合金夹杂物的方法，属于电工材料制备技术。

背景技术

铜铬(CuCr)合金是广泛用于中高压真空断路器的触头材料，具有较好的耐电压和开断电流能力。其中，杂质含量是决定其性能的关键。当材料中含有较多的夹杂物时，将极大地损害触头性能甚至不能使用。因此，不断减少夹杂物的污染是发展高性能CuCr触头材料的关键。

目前，国内外生产CuCr合金主要有四种工艺路线。

1.混粉法：将一定比例的Cu粉和Cr粉充分混合，冷压成型，再经真空烧结或热等静压而成。这是一条历史较长、使用较多的工艺路线，它的优点是工艺简单，成熟度高，主要缺点是对原材料气体含量有极为严格的要求，很难获得低气体含量的产品，致密度较低也是一个重要缺陷。

2.熔渗法：先将Cr粉和其他组分充分混合压制，在真空或保护性气氛中烧结成一定孔隙度的Cr骨架，而后在真空中浸Cu，由于毛细作用，液态Cu被吸入骨架的孔隙中，形成密度在98％理论密度以上的致密的CuCr触头合金。这种产品氧含量较混粉法有明显降低，致密度也有较大提高，主要缺点是仍然需要以铬粉为原料，生产效率较低。

3.自耗法：将Cu粉和Cr粉装入薄壁Cu管中或者将混粉法制成的CuCr合金棒在真空电弧炉中作为阴极进行自耗熔炼，所得锭坯再经热挤压进一步提高致密度。这是德国西门子公司开发成功的一种工艺路线，这种方法可以将Cr粒子尺寸降低到20～30μm。但这种方法对氧含量降低不明显，成本较高，工艺稳定性较低。

4.真空熔炼法：将一定比例的铜块和铬块在真空中频感应熔炼炉中熔化去气，然后浇入特制的模具中。这种方法采用铜块和铬块为原料，避免了制造铬粉工序中引入杂质和氧化的问题，气体含量指标能够大幅度降低。

这四种工艺方法中前三种都要经过或首先经过粉末冶金工序，即首先要将铬块制成铬粉，从而对原材料Cr块性能和制粉工艺有严格要求，使触头的生产成本很高，且很难避免制粉中的夹杂污染。由于夹杂能够使触头在开断电流时分解并放出大量气体，损害真空灭弧室的真空和绝缘能力，使真空断路器开断失败，造成严重事故。因此，不需要制粉工序的真空熔炼工艺近年来在国际上获得了重视并取得了快速发展。

在真空熔炼过程中，直接将铜块、铬块熔化，去除了将铬块制粉的工艺过程，从而能够避免制粉过程中的气体和杂质污染。但是，由于铜铬合金的熔炼过程是在极高的工艺温度(约2000℃)下的氧化物坩埚中进行，金属熔液在电磁力作用下不断冲刷坩埚，坩埚在高温、搅拌作用下会不断剥落，使最终的材料中存在较多的夹杂物，降低了触头的可靠性。因此，降低真空熔炼铜铬合金的夹杂物是真空熔炼工艺获得实际应用的关键。目前，铜铬合金的真空感应熔炼都是直接在坩埚中感应熔化，都是设法避免在液面上形成熔渣，极少有关于真空感应熔化过程中加入造渣材料、利用熔渣材料吸附夹杂物的报导。本发明人曾做过关于真空感应熔化凝固之后经电渣重溶，在电渣重溶过程中加入造渣材料、利用熔渣材料吸附夹杂物的实验研究并申请了发明专利，见公开号为CN1619000的中国发明专利申请《一种低氧低夹杂物铜铬合金触头的生产方法》，该方法的特点是首先将铜金属和铬金属材料按照铬含量为15wt％～75wt％的比例通过真空感应熔炼和浇铸制成低氧含量的铜铬合金电极棒，然后再将电极棒进一步经过真空电渣炉重新熔化和结晶降低铜铬合金中的夹杂物，制备出低氧含量和低夹杂物的铜铬合金触头材料。上述专利申请给出的技术方案虽能做到制备的铜铬合金气体含量低、组织致密、成分均匀、纯净度高，但由于是采用真空感应熔炼和真空电渣重熔双联技术，铜铬合金触头材料制备工艺需经过二次熔化、凝固过程，工艺较复杂，生产成本较高，耗能较多，不利于大规模的工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，特别是通过对公开号为CN1619000的中国发明专利申请技术的改进，提供一种新的去除真空熔炼铜铬合金夹杂物的方法。该方法采用在真空感应熔炼过程中直接添加经过高温烧结除气的熔渣混合物，在真空感应熔炼过程中直接用熔渣去除铜铬合金熔炼中的夹杂物，不再经过电渣重熔的二次熔炼过程，从而使制备的铜铬合金成本显著降低，具有气体含量低、组织致密、成分均匀、纯净度高的特点，是一种高质量、高性能的真空开关触头材料。